CN111256674B - 一种调频陀螺仪数字解调系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于陀螺仪技术领域，公开了一种调频陀螺仪数字解调系统及方法。其中，数字解调系统包括解调参考信号恢复单元、相干解调单元以及解调信号处理单元。该系统采用同源数字信号和数字调相器恢复解调参考信号，比利用模拟信号具有更高的精度和信噪比，避免解调过程中不会出现残余频差，解调后提取的信息可靠性较强。此外，针对相干解调过程中因低通滤波不理想导致的谐波泄露问题，本发明采用递推最小二乘算法对解调后的信号进行估计，能够较好地修正陀螺仪输出的角速率信息，从而实时准确输出陀螺仪角速率。

Description

一种调频陀螺仪数字解调系统及方法

技术领域

本发明属于陀螺仪技术领域，涉及一种调频陀螺仪数字解调系统及方法。

背景技术

微机械(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)陀螺仪是用来测量物体转动角速率的传感器，而MEMS陀螺仪信号解调系统则是为了从驱动传感器后检测到的信号中解调(恢复)角速率信息。MEMS陀螺仪因动态范围大，可集成化的优点在现代军事领域有广泛的应用前景，高精度的MEMS陀螺仪可用于导航制导，航天航空等军用产品。为了提高MEMS陀螺仪的精度，合理的快速信号解调方案显得尤为重要。然而，传统的陀螺仪多为通过测量感轴上非常小的位移来检测科里奥利力，对传感器的不对称性敏感带来了许多误差。

Lissajous调频(LFM)陀螺仪则是通过测量两个轴振荡频率变化来检测信号的，由于两轴之间振荡频率不断变化，检测到的含有角速率的信号频率分量也不断变化，需要设计合理的信号解调系统，以便快速、准确地得到陀螺仪角速率信息。目前，国内外在调频(FM)陀螺仪的解调方案还较少，意大利的米兰理工大学采用雷克斯(REX)电路恢复解调信号和传统的相干解调方案能较好地恢复角速率信息，功耗较低。美国的加利福尼亚伯克利分校采用两个相干解调的方案，一个用于将信号转换成基带，另一个用于消除模式反转的影响。

以上两种解调方案都是采用模拟信号恢复出数字的角速率解调信号，若采用模拟乘法器会增大整体的功耗，采用数字蝶形开关则需要采用方波信号从而造成较大幅值的谐波。另外，传统解调方案中的低通滤波器会引入相位延迟的问题，对于需要精确相位的LFM陀螺仪，需要进行相位补偿。米兰理工大学针对低通滤波器引入的相位延迟问题给出了一种相位补偿方案，虽然该方法能够进行一定程度的相位补偿，但仍无法满足精度要求。此外，在LFM陀螺仪载波频率较低的条件下，以上两种基于传统的相干解调得解调方案由于低通滤波器仍存在不理想的情况，解调后的信号仍会有较多谐波分量泄露。综上，当前国内外并没有较好的LFM陀螺仪信号解调方案，传统方案难以对LFM陀螺仪的角速率信息进行快速准确地输出。

发明内容

本发明的目的之一在于提出一种调频陀螺仪数字解调系统，通过FPGA全数字同源信号恢复解调并设计数字调相器对相位进行补偿，以便实时恢复高精度的解调参考信号。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种调频陀螺仪数字解调系统，包括：

解调参考信号恢复单元、相干解调单元以及解调信号处理单元；其中：

解调参考信号恢复单元包括乘法器、低通滤波器以及数字调相器；

乘法器有两个，即第一乘法器和第二乘法器，每个乘法器分别具有两个输入端和一个输出端；低通滤波器有两个，即第一低通滤波器和第二低通滤波器；

两个乘法器用于接收来自于调频陀螺仪驱动模块产生的两轴同源数字驱动信号；

其中，第一乘法器的两个输入端信号分别为x回路驱动同相信号和y回路驱动正交信号；第二乘法器的两个输入端信号分别为x回路驱动正交信号和y回路驱动正交信号；

数字调相器的输入端有两个；第一乘法器、第一低通滤波器和数字调相器的一个输入端依次连接；第二乘法器、第二低通滤波器和数字调相器的另一个输入端依次连接；

数字调相器包括四个乘法器、一个减法器和一个加法器；

其中，四个乘法器分别为第三乘法器、第四乘法器、第五乘法器和第六乘法器；

与第一低通滤波器相连的数字调相器输入端连接至第四乘法器和第五乘法器的输入端，与第二低通滤波器相连的数字调相器输入端连接至第三乘法器和第六乘法器的输入端；

第三乘法器和第四乘法器还具有一个共同的信号输入端，第五乘法器和第六乘法器还具有一个共同的信号输入端；第三乘法器和第五乘法器的输出端分别连接至减法器的输入端；第四乘法器和第六乘法器的输出端分别连接至加法器的输入端；

减法器和加法器的输出端均连接至数字调相器的输出端；

相干解调单元被配置为用于接收数字调相器的输出端的信号和待解调信号，并利用数字调相器的输出端的信号对待解调信号进行解调处理；

其中，经过相干解调单元解调后的信号包括同相解调信号和正交解调信号；

解调信号处理单元，被配置为用于对接收到的同相解调信号进行处理得到角速率信息。

优选地，解调信号处理单元采用ARM单片机；在ARM单片机内存储有递归最小二乘算法的程序，且当该程序被执行时，用于通过递推的形式估计角速率值并输出。

本发明的目的之二在于提出一种调频陀螺仪快速数字解调方法，采用递推最小二乘算法对解调后的信号进行估计，以便能够快速、准确地陀螺仪输出的角速率信息。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种调频陀螺仪快速数字解调方法，基于上面提到的调频陀螺仪快速数字解调装置，该调频陀螺仪快速数字解调方法包括如下步骤：

I.调频陀螺仪驱动模块产生两轴同源数字驱动信号并分两路输出，其中一路信号输出到调频陀螺仪的驱动接口，另一路输出到解调参考信号恢复单元中；

其中，x回路驱动同相信号sin(ω_xt)进入第一乘法器，y回路驱动正交信号cos(ω_yt)同时进入第一乘法器和第二乘法器，x回路驱动正交信号cos(ω_xt)进入第二乘法器；

此处，x回路和y回路是指分别用于驱动调频陀螺仪起振的两个驱动回路；

以上信号在第一乘法器和第二乘法器内分别进行运算，并得到以下公式：

第一乘法器和第二乘法器的输出信号分别进入第一低通滤波器和第二低通滤波器，第一低通滤波器和第二低通滤波器滤除相应信号中的高频分量；

第一低通滤波器和第二低通滤波器输出的信号分别为sin(Δωt+Φ)cos(Δωt+Φ)；

其中，Φ为信号经过以上两个低通滤波器时引入的相位延迟；

第一低通滤波器和第二低通滤波器输出的信号分别进入数字调相器对应的乘法器内；

向第三乘法器和第四乘法器输入相位调整余弦信号cosx，向第五乘法器和第六乘法器输入相位调整正弦信号sinx；以上各个信号分别在数字调相器内进行如下运算：

通过调节相位x＝-Φ，将相位延迟去除并转换为正交解调参考信号cos(Δωt)和同相解调参考信号sin(Δωt)，正交解调参考信号和同相解调参考信号输入到相干解调单元；

II.待解调信号Ω_zsin(Δωt)输入到相干解调单元；

将步骤I中的解调参考信号与待解调信号进行相干解调得到解调后的信号；

解调后的信号包括同相解调信号I_x和正交解调信号Q_x；其中，Q_x表示陀螺仪两轴间的耦合程度，I_x包括角速率Ω_z信息和含有sin(Δωt)的谐波分量；

III.将同相解调信号I_x和同相解调参考信号sin(Δωt)同时输入到解调信号处理单元；

解调信号处理单元对同相解调信号I_x进行处理的过程如下：

解调后同相解调信号I_x的信号y(t)表示如下：

其中，H矩阵为测量矩阵，由同相解调参考信号sin(Δωt)进行计算得到；

θ为实际的参数矩阵，包含需要输出的角速率Ω_z；

m为谐波次数，siniΔωt为i次谐波，A_i为i次谐波系数，i＝1,2,…,m；

利用递推最小二乘算法对每次采集的数据进行角速率估计，具体过程如下：

调频陀螺仪解调系统运行后，第一次采集数据y₁对应的信号y₁(t)表示如下：

其中，Δω₁为第一次数据采集的频率差；

siniΔω₁t为第1次数据采集的i次谐波，A_i1为i次谐波系数，i＝1,2,…,m；

通过恢复的解调参考信号sin(Δω₁t)计算测量矩阵H₁；

θ₁为实际的参数矩阵，包含需要输出的角速率Ω_z1；

初始化设定的协方差矩阵P₀、被估计参数矩阵

以及遗忘因子λ，λ为常数值；

利用下面的公式(1)，计算协方差矩阵P₁、修正系数K₁以及第一次被估计参数矩阵

第一次被估计参数矩阵

的第一行数据即为当前输出的角速率Ω_z1；

输出第一次数据采集对应的角速率Ω_z1；

当采集到第n次数据y_n后，其信号y_n(t)表示如下：

其中，Δω_n为第n次数据采集的频率差，n为大于或等于2的自然数；

siniΔω_nt为第n次数据采集的i次谐波，A_in为i次谐波系数，i＝1,2,…,m；

通过恢复的解调参考信号sin(Δω_nt)计算测量矩阵H_n；

θ_n为实际的参数矩阵，包含需要输出的角速率Ω_zn；

利用下面的递推最小二乘算法的迭代式(2)，计算协方差矩阵P_n、修正系数K_n以及第n次被估计参数矩阵

第n次被估计参数矩阵

的第一行数据即为当前输出的角速率Ω_zn；

其中，

分别为第n次、第n-1次输出的被估计参数矩阵；

K_n为第n次计算得到的修正系数；

P_n为计算第n次修正系数所需的协方差矩阵,P_n-1为第n-1次计算得到的协方差矩阵；

输出第n次数据采集对应的角速率Ω_zn；

由递推最小二乘算法的无偏估计性和方差最小性，当调频陀螺仪数字解调系统稳定时，被估计参数矩阵

趋于实际的参数矩阵θ_n，实时输出准确的角速率Ω_zn。

本发明具有如下优点：

如上所述，本发明提出了一种调频陀螺仪数字解调系统及方法。其中，系统采用同源数字信号和数字调相器恢复解调参考信号，比利用模拟信号具有更高的精度和信噪比，避免解调过程中不会出现残余频差，解调后提取的信息可靠性较强。此外，针对相干解调过程中因低通滤波不理想导致的谐波泄露问题，本发明方法采用递推最小二乘算法对解调后的信号进行估计，能够较好地修正陀螺仪输出的角速率信息，从而实时准确输出陀螺仪角速率。

附图说明

图1为本发明实施例1中调频陀螺仪数字解调系统的结构框图；

图2为本发明实施例2中调频陀螺仪快速数字解调方法的流程框图；

其中,1-第一乘法器，2-第二乘法器，3-第一低通滤波器，4-第二低通滤波器，5-第三低通滤波器，6-第四低通滤波器，7-第五低通滤波器，8-第六低通滤波器，9-减法器，10-加法器。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

本实施例1述及了一种调频陀螺仪数字解调系统，如图1所示，在该图中，RSL算法即递推最小二乘算法，该RSL算法通过递推的形式估计参数值。

数字解调系统包括解调参考信号恢复单元、相干解调单元以及解调信号处理单元。

其中，解调参考信号恢复单元用于恢复解调参考信号。

该解调参考信号恢复单元包括乘法器、低通滤波器以及数字调相器。

乘法器有两个，即第一乘法器1和第二乘法器2，每个乘法器分别具有两个输入端和一个输出端；低通滤波器有两个，即第一低通滤波器3和第二低通滤波器4。

调频陀螺仪驱动模块输出两路驱动信号，分别是x回路驱动信号和y回路驱动信号。x回路驱动同相信号sin(ω_xt)和y回路驱动同相信号sin(ω_yt)用于驱动调频陀螺仪起振。

为了恢复与待解调信号同源且相位精确的解调参考信号，第一乘法器1和第二乘法器2分别用于接收来自于调频陀螺仪驱动模块产生的两轴同源数字驱动信号。

第一乘法器1的两个输入端信号分别为x回路驱动同相信号和y回路驱动正交信号；第二乘法器2的两个输入端信号分别为x回路驱动正交信号和y回路驱动正交信号。

本实施例1采用与待解调信号同源的信号作为解调参考信号，能够有效避免解调过程中不会出现残余频差，以保证解调后提取的信息可靠性较强。

此外，本实施例1还设计了数字调相器，相位精确保证解调参考信号没有相位误差。

具体的，数字调相器的输入端有两个。

第一乘法器1、第一低通滤波器3和数字调相器的一个输入端依次连接；第二乘法器2、第二低通滤波器4和数字调相器的另一个输入端依次连接。

数字调相器包括四个乘法器、一个减法器9和一个加法器10。其中，四个乘法器分别为第三乘法器5、第四乘法器6、第五乘法器7和第六乘法器8。

第一低通滤波器3的输出端(经调相器输入端)连接至第四乘法器6和第五乘法器7的输入端，第二低通滤波器4的输出端连接至第三乘法器5和第六乘法器8的输入端。

第三乘法器和第四乘法器具有一个共同的信号输入端，可输入一个相位补偿正交信号；第五乘法器和第六乘法器具有一个共同的信号输入端，可输入一个相位补偿同相信号。

第三乘法器5和第五乘法器7的输出端分别连接至减法器9的输入端；第四乘法器6和第六乘法器8的输出端分别连接至加法器10的输入端。

减法器9和加法器10的输出端均连接至数字调相器的输出端。

通过以上数字调相器设计(通过可编程器件设计的32位数字调相器)，能够将相位延迟去除并转换为正交解调参考信号cos(Δωt)和同相解调参考信号sin(Δωt)。

通过以上调相器设计，利于对相位进行补偿，实时恢复一个高精度的解调参考信号。

本实施例1通过采用同源数字信号和数字调相器恢复的解调参考信号，比利用模拟信号具有更高的精度和更高的信噪比，也更容易进行集成化制作。

另外，解调参考信号恢复单元中的乘法器、低通滤波器容易通过可编程器件实现。

相干解调单元用于接收数字调相器的输出端的信号和待解调信号FDCOUT，并利用数字调相器的输出端的信号(解调参考信号)对待解调信号进行解调处理。

本实施例中的相干解调单元采用传统的相干解调单元，由于角速率信息频率在0～20Hz之间，而谐波分量的频率也不高，因此，传统解调方案设计的低通滤波器不理想。

为避免相干解调单元中低带宽低通滤波器设计不理想的问题，本实施例不强求低通滤波器的设计带宽，对于低通滤波器引起的谐波干扰，通过设计递推最小二乘估计的方法避免。

经过相干解调单元解调后的信号包括同相解调信号和正交解调信号；

其中，同相解调信号中包含角速率信息和谐波分量，为了提取角速率信息，需要将同相解调信号输入到解调信号处理单元中，利用递归最小二乘法获取角速率信息。

优选地，解调信号处理单元采用ARM单片机；在ARM单片机内存储有递归最小二乘算法的程序，且当该程序被执行时，通过递推的形式估计角速率值并输出(在下面述及到)。

本实施例通过采用同源数字信号和数字调相器恢复解调参考信号，能够保证高精度且相位精确的解调参考信号，从而保证解调后提取的信息可靠性较强。

实施例2

本实施例2述及了一种调频陀螺仪快速数字解调方法，该方法基于上面实施例1述及的调频陀螺仪快速数字解调装置，其具体技术方案如下：

结合图2所示，一种调频陀螺仪快速数字解调方法，包括如下步骤：

I.调频陀螺仪驱动模块产生两轴同源数字驱动信号并分两路输出，其中一路信号输出到调频陀螺仪的驱动接口，用于驱动调频陀螺仪起振。

另一路信号输出到解调参考信号恢复单元中作为同源解调参考信号。

其中，x回路驱动同相信号sin(ω_xt)进入第一乘法器1，y回路驱动正交信号cos(ω_yt)同时进入第一乘法器1和第二乘法器2，x回路驱动正交信号cos(ω_xt)进入第二乘法器2。

此处，x回路和y回路是指分别用于驱动调频陀螺仪起振的两个驱动回路。

以上信号在第一乘法器1和第二乘法器2内分别进行运算，并得到以下计算公式：

第一乘法器1和第二乘法器2的输出信号分别进入第一低通滤波器3和第二低通滤波器4，第一低通滤波器3和第二低通滤波器4滤除相应信号中的高频分量cos[(ω_x+ω_y)t]和sin[(ω_x+ω_y)t]，保留后一项分量cos(Δωt)和sin(Δωt)。

由于低通滤波器会引入相位延迟，因此，第一低通滤波器3和第二低通滤波器4输出的信号分别为sin(Δωt+Φ)cos(Δωt+Φ)；

其中，Φ为信号经过以上两个低通滤波器时引入的相位延迟。

本实施例通过可编程逻辑器件设计的32位数字调相器进行调相，以保证调相精度。

第一低通滤波器3和第二低通滤波器4输出的信号分别进入数字调相器对应的乘法器内。向第三乘法器5和第四乘法器6输入相位调整余弦信号cosx，向第五乘法器7和第六乘法器8输入相位调整正弦信号sinx；以上各个信号分别在数字调相器内进行如下运算：

通过调节相位x＝-Φ，将相位延迟去除并转换为正交解调参考信号cos(Δωt)和同相解调参考信号sin(Δωt)，正交解调参考信号和同相解调参考信号输入到相干解调单元。

II.待解调信号FDCOUT＝Ω_zsin(Δωt)输入到相干解调单元。

其中，Δω＝ω_x-ω_y，数值较小且不断变化。

将步骤I中的解调参考信号与待解调信号进行相干解调得到解调后的信号。

该信号包括同相解调信号I_x和正交解调信号Q_x；其中：

Q_x表示陀螺仪两轴间的耦合程度，I_x包括角速率Ω_z信息和含有sin(Δωt)的谐波分量。

III.将同相解调信号I_x和同相解调参考信号sin(Δωt)同时输入到解调信号处理单元。

解调信号处理单元对同相解调信号I_x进行处理的过程如下：

解调后同相解调信号I_x的信号y(t)表示如下：

其中，H矩阵为测量矩阵，由同相解调参考信号sin(Δωt)进行计算得到；

θ为实际的参数矩阵(未知的真实值)，包含需要输出的角速率Ω_z；

m为谐波次数，siniΔωt为i次谐波，A_i为i次谐波系数，i＝1,2,…,m。

利用递推最小二乘算法对每次数据采集的角速率进行估计，具体过程如下：

调频陀螺仪解调系统运行后，第一次采集数据y₁对应的信号y₁(t)表示如下：

其中，Δω₁为第一次数据采集的频率差；siniΔω₁t为第1次数据采集的i次谐波，A_i1为i次谐波系数，i＝1,2,…,m；通过恢复的解调参考信号sin(Δω₁t)计算测量矩阵H₁，θ₁为实际的参数矩阵，包含需要输出的角速率Ω_z1。

初始化设定的协方差矩阵P₀、被估计参数矩阵

以及遗忘因子λ，λ为常数值。

利用下面的公式(1)，计算协方差矩阵P₁、修正系数K₁以及第一次被估计参数矩阵

第一次被估计参数矩阵

的第一行数据即当前输出的角速率Ω_z1；

输出第一次数据采集对应的角速率Ω_z1。

经过上述公式(1)得到的被估计参数矩阵

与实际的参数矩阵θ₁具有一定的误差，故输出的角速率Ω_z1也具有一定误差，因此需要通过下面迭代式(2)经过多次修正。

当采集到第n次数据y_n后，其信号y_n(t)表示如下：

其中，Δω_n为第n次数据采集的频率差，n为大于或等于2的自然数；siniΔω_nt为第n次数据采集的i次谐波，A_in为i次谐波系数，i＝1,2,…,m；通过恢复的解调参考信号sin(Δω_nt)计算测量矩阵H_n；θ_n为实际的参数矩阵(未知的真实值)，包含需要输出的角速率Ω_zn。

利用下面的递推最小二乘算法的迭代式(2)，计算协方差矩阵P_n、修正系数K_n以及第n次被估计参数矩阵

该矩阵

的第一行数据即当前输出的角速率Ω_zn。

其中，

分别为第n次、第n-1次输出的被估计参数矩阵；

K_n为第n次计算得到的修正系数；

P_n为计算第n次修正系数所需的协方差矩阵,P_n-1为第n-1次计算得到的协方差矩阵；

输出第n次数据采集对应的角速率Ω_zn。

由递推最小二乘算法的无偏估计性和方差最小性，当调频陀螺仪数字解调系统稳定时，被估计参数矩阵

趋于实际的参数矩阵θ_n，实时输出准确的角速率Ω_zn。

本发明实施例在估计角速率时加入遗忘因子的作用在于：

使用基本递推最小二乘算法在整个迭代过程中，协方差矩阵将衰减很快，使得修正系数也相应衰减，新的数据将会失去修正能力。此外，由于陀螺仪角速率为时变参数，为避免上述数据饱和带来修正失效并输出时变的角速率参数。本发明利用遗忘因子法的递推最小二乘算法对数据进行处理得到角速率，够随着在角速率不断变化的情况下准确输出角速率。

本实施例中推最小二乘估计算法在ARM单片机中完成，非常容易实现。

本实施例2中方法采用递推最小二乘算法求解角速率信息，因而能够避免传统相干解调中因低通滤波器设计不理想带来的谐波泄露问题，即能在低通滤波器带宽设计上更宽容，避免了低带宽低通滤波器设计的难以实现及复杂程度高，具有较好的适应性。

另外，本实施例2利用递推最小二乘算法能够在多次修正后输出准确的角速率信息，该算法的无偏性决定了输出的角速率具有较高的精度。而其时间复杂性为常数阶，每次算法所需的时间和规模不变，故该算法能够长时间运行。

本发明设计的解调系统与解调方法的联系性在于：

对于调频陀螺仪的解调系统来说，对待解调信号进行相干解调得到角速率信息无疑时最关键的部分，而相干解调的可靠性取决于两部分：解调参考信号的精度和低通滤波器的设计。

对于解调参考信号的精度，体现在参考信号的相位是否准确以及是否有其他干扰信号。相位准确的问题可通过上述实施例1中的数字调相器调整。如果采用异源信号恢复解调参考信号，则解调后的数据含有两个信号源之间的频差干扰，该频差干扰频率极低，易与需要的角速率信息混淆，不易通过低通滤波器滤除。而同源信号能够避免该问题出现，因此将同源数字信号与数字调相器结合起来，能够恢复出一个相位精确且无其余干扰的解调参考信号。

对于低通滤波器的设计问题，由于陀螺仪两轴间的频率差不大且不断变化，与角速率信息也容易混淆，不易设计低带宽的低通滤波器滤除，而使用高带宽的低通滤波器虽在设计上容易实现，但会引入相应的谐波干扰，本发明实施例2在解调信号处理单元(ARM单片机)中设计递推最小二乘算法，从含有谐波的解调信号中分离出角速率，进行正确的输出。

可见，本发明实施例通过硬件(设计解调参考信号恢复单元)和软件(设计递归最小二乘算法估计角速率)的设计，能够保证实时准确地输出角速率信息。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (3)

1.一种调频陀螺仪数字解调系统，其特征在于，包括：

解调参考信号恢复单元、相干解调单元以及解调信号处理单元；其中：

解调参考信号恢复单元包括乘法器、低通滤波器以及数字调相器；

乘法器有两个，即第一乘法器和第二乘法器，每个乘法器分别具有两个输入端和一个输出端；低通滤波器有两个，即第一低通滤波器和第二低通滤波器；

两个乘法器用于接收来自于调频陀螺仪驱动模块产生的两轴同源数字驱动信号；

其中，第一乘法器的两个输入端信号分别为x回路驱动同相信号和y回路驱动正交信号；第二乘法器的两个输入端信号分别为x回路驱动正交信号和y回路驱动正交信号；

数字调相器的输入端有两个；第一乘法器、第一低通滤波器和数字调相器的一个输入端依次连接；第二乘法器、第二低通滤波器和数字调相器的另一个输入端依次连接；

数字调相器包括四个乘法器、一个减法器和一个加法器；

其中，四个乘法器分别为第三乘法器、第四乘法器、第五乘法器和第六乘法器；

与第一低通滤波器相连的数字调相器输入端连接至第四乘法器和第五乘法器的输入端，与第二低通滤波器相连的数字调相器输入端连接至第三乘法器和第六乘法器的输入端；

第三乘法器和第四乘法器还具有一个共同的信号输入端，第五乘法器和第六乘法器还具有一个共同的信号输入端；第三乘法器和第五乘法器的输出端分别连接至减法器的输入端；第四乘法器和第六乘法器的输出端分别连接至加法器的输入端；

减法器和加法器的输出端均连接至数字调相器的输出端；

相干解调单元被配置为用于接收数字调相器的输出端的信号和待解调信号，并利用数字调相器的输出端的信号对待解调信号进行解调处理；

其中，经过相干解调单元解调后的信号包括同相解调信号和正交解调信号；

解调信号处理单元，被配置为用于对接收到的同相解调信号进行处理得到角速率信息。

2.根据权利要求1所述的调频陀螺仪数字解调系统，其特征在于，

所述解调信号处理单元采用ARM单片机；在ARM单片机内存储有递归最小二乘算法的程序，且当该程序被执行时，用于通过递推的形式估计角速率值并输出。

3.一种调频陀螺仪快速数字解调方法，基于权利要求2所述的调频陀螺仪数字解调系统；其特征在于，所述调频陀螺仪快速数字解调方法包括如下步骤：

I.调频陀螺仪驱动模块产生两轴同源数字驱动信号并分两路输出，其中一路信号输出到调频陀螺仪的驱动接口，另一路输出到解调参考信号恢复单元中；

其中，x回路驱动同相信号sin(ω_xt)进入第一乘法器，y回路驱动正交信号cos(ω_yt)同时进入第一乘法器和第二乘法器，x回路驱动正交信号cos(ω_xt)进入第二乘法器；

此处，x回路和y回路是指分别用于驱动调频陀螺仪起振的两个驱动回路；

以上信号在第一乘法器和第二乘法器内分别进行运算，并得到以下公式：

第一乘法器和第二乘法器的输出信号分别进入第一低通滤波器和第二低通滤波器，第一低通滤波器和第二低通滤波器滤除相应信号中的高频分量；

第一低通滤波器和第二低通滤波器输出的信号分别为sin(Δωt+Φ)cos(Δωt+Φ)；

其中，Φ为信号经过以上两个低通滤波器时引入的相位延迟；

第一低通滤波器和第二低通滤波器输出的信号分别进入数字调相器对应的乘法器内；

向第三乘法器和第四乘法器输入相位调整余弦信号cosx，向第五乘法器和第六乘法器输入相位调整正弦信号sinx；以上各个信号分别在数字调相器内进行如下运算：

通过调节相位x＝-Φ，将相位延迟去除并转换为正交解调参考信号cos(Δωt)和同相解调参考信号sin(Δωt)，正交解调参考信号和同相解调参考信号输入到相干解调单元；

II.待解调信号Ω_zsin(Δωt)输入到相干解调单元；

将步骤I中的解调参考信号与待解调信号进行相干解调得到解调后的信号；

解调后的信号包括同相解调信号I_x和正交解调信号Q_x；其中，Q_x表示陀螺仪两轴间的耦合程度，I_x包括角速率Ω_z信息和含有sin(Δωt)的谐波分量；

III.将同相解调信号I_x和同相解调参考信号sin(Δωt)同时输入到解调信号处理单元；

解调信号处理单元对同相解调信号I_x进行处理的过程如下：

解调后同相解调信号I_x的信号y(t)表示如下：

其中，H矩阵为测量矩阵，由同相解调参考信号sin(Δωt)进行计算得到；

θ为实际的参数矩阵，包含需要输出的角速率Ω_z；

m为谐波次数，siniΔωt为i次谐波，A_i为i次谐波系数，i＝1,2,…,m；

利用递推最小二乘算法对每次采集的数据进行角速率估计，具体过程如下：

调频陀螺仪解调系统运行后，第一次采集数据y₁对应的信号y₁(t)表示如下：

其中，Δω₁为第一次数据采集的频率差；

siniΔω₁t为第1次数据采集的i次谐波，A_i1为i次谐波系数，i＝1,2,…,m；

通过恢复的解调参考信号sin(Δω₁t)计算测量矩阵H₁；

θ₁为实际的参数矩阵，包含需要输出的角速率Ω_z1；

初始化设定的协方差矩阵P₀、被估计参数矩阵

以及遗忘因子λ，λ为常数值；

利用下面的公式(1)，计算协方差矩阵P₁、修正系数K₁以及第一次被估计参数矩阵

第一次被估计参数矩阵

的第一行数据即为当前输出的角速率Ω_z1；

输出第一次数据采集对应的角速率Ω_z1；

当采集到第n次数据y_n后，其信号y_n(t)表示如下：

其中，Δω_n为第n次数据采集的频率差，n为大于或等于2的自然数；

siniΔω_nt为第n次数据采集的i次谐波，A_in为i次谐波系数，i＝1,2,…,m；

通过恢复的解调参考信号sin(Δω_nt)计算测量矩阵H_n；

θ_n为实际的参数矩阵，包含需要输出的角速率Ω_zn；

利用下面的递推最小二乘算法的迭代式(2)，计算协方差矩阵P_n、修正系数K_n以及第n次被估计参数矩阵

第n次被估计参数矩阵

的第一行数据即为当前输出的角速率Ω_zn；

其中，

分别为第n次、第n-1次输出的被估计参数矩阵；

K_n为第n次计算得到的修正系数；

P_n为计算第n次修正系数所需的协方差矩阵,P_n-1为第n-1次计算得到的协方差矩阵；

输出第n次数据采集对应的角速率Ω_zn；

由递推最小二乘算法的无偏估计性和方差最小性，当调频陀螺仪数字解调系统稳定时，被估计参数矩阵

趋于实际的参数矩阵θ_n，实时输出准确的角速率Ω_zn。

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